1. Tính chất vật lí
Gadolini là một kim loại đất hiếm mềm dễ uốn màu trắng bạc với ánh kim. Nó kết tinh ở dạng alpha đóng kín lục phương khi ở điều kiện gần nhiệt độ phòng, nhưng khi bị nung nóng tới 1.508 K hay cao hơn thì nó chuyển sang dạng beta là cấu trúc lập phương tâm khối.
Không giống như các nguyên tố đất hiếm khác, gadolini tương đối ổn định trong không khí khô. Tuy nhiên, nó bị xỉn nhanh trong không kh íẩm, tạo thành một lớp ôxít dễ bong ra làm cho kim loại này tiếp tục bị ăn mòn. Gadolini phản ứng chậm với nước và bị hòa tan trong axít loãng.
Gd157 có tiết diện bắt nơtron nhiệt cao hàng thứ hai trong số các nuclide đã biết, chỉ thua Xe135, với giá trị bằng 49.000 barn, nhưng nó cũng có tốc độ cháy hết nhanh và điều này hạn chế tính hữu dụng của nó như là vật liệu làm các thanh kiểm soát trong lò phản ứng hạt nhân. Các hợp chất của gadolini (ôxít) có thể tạo ra thanh hấp thụ kiểm soát tốt, chúng chỉ đắt hơn một chút so với cacbua bo, là chất hấp thụ chủ yếu trong các phiến kiểm soát. Bên cạnh đó, "tốc độ cháy hết" đề cập trên đây là thông lượng (n/cm²*s) nhân với tiết diện (cm²). Chúng không phải là các đại lượng tách biệt; tiết diện lớn tạo ra "tốc độ cháy hết" lớn. Bên cạnh đó, gadolinia không cháy hết với sự hấp thụ nơtron, nó biến hóa về nguyên tử lượng nhưng vẫn là Gd. Số các nguyên tử Gd vẫn là bất biến; độ phản ứng âm xảy ra do các nguyên tử Gd bị biến hóa thành các đồng vị có tiết diện hấp thụ nơtron nhỏ hơn. Gd160 có tiết diện hấp thụ nơtron nhiệt nhỏ hơn 1 barn và như thế không còn là chất độc hạt nhân có hiệu quả.
Gadolini là một chất thuận từ mạnh ở nhiệt độ phòng và thể hiện tính chất sắt từ khi nhiệt độ hạ xuống.
Gadolini thể hiện hiệu ứng từ nhiệt trong đó nhiệt độ của nó tăng lên khi đưa vào trong từ trường và hạ xuống khi rút ra khỏi từ trường. Hiệu ứng được coi là mạnh hơn cho hợp kim của gadolini Gd5(Si2Ge2).
Bảng thể hiện tính chất của nguyên tố Gadolini

Tổng quát
Tên, Ký hiệu, Số
gadolini, Gd, 64
Phân loại
nhóm Lantan

Nhóm, Chu kỳ, Khối
3, 6, f

Khối lượng riêng, Độ cứng
(n.đ.p) 7.901 kg/m³
(n.c) 7.400 kg/m³, ?

Bề ngoài
trắng bạc
Tính chất nguyên tử
Khối lượng nguyên tử
157,25(3) đ.v.C

Bán kính nguyên tử (calc.)
180 (233) pm

Bán kính cộng hoá trị
? pm

Bán kính van der Waals
? pm
Cấu hình electron
[Xe]4f75d16s2

e- trên mức năng lượng
2, 8, 18, 25, 9, 2
Trạng thái ôxi hóa (Ôxít)
2, 3 (bazơ nhẹ)

Cấu trúc tinh thể
lục phương
Tính chất vật lý
Trạng thái vật chất
rắn
Điểm nóng chảy
1.585 K (2.394 °F)

Điểm sôi
3.546 K (5.923 °F)
Trạng thái trật tự từ
sắt từ
Thể tích phân tử
19,90 ×10-6 m³/mol

Nhiệt bay hơi
301,3 kJ/mol

Nhiệt nóng chảy
10,05 kJ/mol
Áp suất hơi
100 k Pa tại 3.535 K

Vận tốc âm thanh
2.680 m/s tại 293,15 K

Thông tin khác
Độ âm điện
1,2 (thang Pauling)

Nhiệt dung riêng
235,48 J/(kg•K)

Độ dẫn điện
0,763x106 /Ω•m

Độ dẫn nhiệt
10,6 W/(m•K)

Năng lượng ion hóa
1. 593,4 kJ/mol
2. 1.170,0 kJ/mol
3. 1.990,0 kJ/mol

2. Tính chất hóa học
Phản ứng của gadolini với không khí
Gadolini kim loại bị xỉn chậm trong không khí và cháy dễ dàng để hình thành gadolini (III) oxit, Gd2O 3 .
4Gd + 3O2 → 2Gd 2O3
Phản ứng của gadolini với nước
Các kim loại màu trắng bạc gadolini là khá âm điện và phản ứng chậm với nước lạnh và khá nhanh với nước nóng để tạo thành hydroxit gadolini, Gd (OH) 3 , khí hydro (H 2 ). Phản ứng của gadolini với không khí
Gadolini kim loại bị xỉn chậm trong không khí và cháy dễ dàng để hình thành gadolini (III) oxit, Gd2O3 .
4Gd + 3O2 → 2Gd 2O3
Phản ứng của gadolini với nước
Các kim loại màu trắng bạc gadolini là khá âm điện và phản ứng chậm với nước lạnh và khá nhanh với nước nóng để tạo thành hydroxit gadolini, Gd (OH)3 , khí hydro (H2).
2Gd (s) + 6H2O (g) → 2Gd (OH)3 (dd) + 3H 2 (g)
Phản ứng của gadolini với các halogen
Gadolini kim loại phản ứng với tất cả các halogen để tạo gadolini (III) halogenua. Vì vậy, nó phản ứng với flo, F 2 , clo, Cl 2 , brôm, I 2, và iốt, tôi 2 , hình thành tương ứng gadolini (III) bromua, GDF 3 , gadolini (III) clorua, GdCl 3 , gadolini (III ) bromide, GdBr 3 , và gadolini (III) iốt, GDI 3 .
2Gd (s) + 3F2 (g) → 2GdF3 (s) [trắng]
2Gd (s) + 3Cl2 (g) → 2GdCl3 (s) [trắng]
2Gd (s) + 3Br2 (g) → 2GdBr3 (s) [trắng]
2Gd (s) + 3I2 (g) → 2GdI3 (s) [màu vàng]
Phản ứng của gadolini với axit
Gadolini kim loại dễ hòa tan trong axít sulfuric loãng để tạo thành dung dịch có chứa các màu aquated Gd (III) ion cùng với khí hydro, H2 . Nó là khá khả năng là Gd 3 + (dd) tồn tại như phần lớn là phức tạp ion [Gd(OH 2) 9 ] 3 +
2Gd (s) + 3H2SO 4 (dd) → 2Gd3 + (dd) + 3SO 42 - (aq) + 3H2 (g)
2Gd (s) + 6H2O (g) → 2Gd(OH) 3 (dd) + 3H2 (g)
3. Điều chế
Gadolini được sản xuất cả hai từ monazit và bastnasit .
1. Nghiền khoáng sản được khai thác với clohiđric hay axít sulfuric , trong
2. Đó chuyển đổi các ôxít không hòa tan vào clorua hòa tan hoặc sulfat.
3. Các filtrates chua là một phần vô hiệu hóa với soda ăn da để pH
4. Thori kết tủa như hiđrôxít của nó và được lấy ra.
5. Các giải pháp còn lại được xử lý bằng oxalat amoni để chuyển đổi đất hiếm để không hòa tan của họ oxalat . Các oxalat được chuyển đổi thành oxit bằng cách nung nóng.
6. Các oxit được hòa tan trong axit nitric mà loại bỏ một trong những thành phần chính, xeri , mà oxit được hòa tan trong HNO3 .
7. Giải pháp là điều trị bằng nitrat magiê để tạo ra một hỗn hợp kết tinh của các muối kép, gadolini samari và europi .
8. Các muối được ngăn cách bởi trao đổi ion sắc ký.
9. Các ion đất hiếm sau đó được chọn lọc tẩy sạch bằng các chất tạo phức hợp.
Gadolini kim loại thu được từ muối của nó oxide hoặc bằng cách đun nóng với canxi ở 1.450 độ C trong không khí argon. gadolini Sponge có thể được sản xuất bằng cách giảm nóng chảy GdCl3 với một kim loại thích hợp ở nhiệt độ dưới 1.312 ° C (điểm nóng chảy của Gd) trong một áp lực giảm.
4. Ứng dụng
Gadolini không có các ứng dụng quy mô lớn, nhưng có một loạt các sử dụng chuyên ngành.
Gadolini có các neutron cao nhất trong số các mặt cắt ngang bất kỳ nuclit ổn định: 61.000 chuồng cho 155 Gd và 259.000 chuồng cho 157 . Gd 157 Gd đã được sử dụng để nhắm mục tiêu các khối u trong liệu pháp nơtron. Nguyên tố này là rất hiệu quả để sử dụng với chụp X quang neutron và che chắn của các lò phản ứng hạt nhân . Nó được sử dụng như là một đóng, biện pháp khẩn cấp xuống trung ở một số lò phản ứng hạt nhân, đặc biệt là của CANDU loại. gadolini cũng được sử dụng trong biển động cơ đẩy hạt nhân hệ thống như là một chất độc có thể thiêu đốt .
Gadolini cũng sở hữu bất thường luyện kim tài sản, với ít nhất là 1% gadolini nâng cao khả năng làm việc và độ bền của sắt , crôm , và liên quan đến các hợp kim với nhiệt độ cao và oxy hóa .
Gadolini là thuận từ ở nhiệt độ phòng, với một điểm Curie sắt từ ngày 17° C. thuận từ các ion, chẳng hạn như gadolini, di chuyển khác nhau trong một từ trường. đặc điểm này làm cho gadolini hữu ích cho hình ảnh cộng hưởng từ (MRI). Giải pháp của cơ gadolini hợp và các hợp chất gadolini được sử dụng như tiêm tĩnh mạch chất tương phản MRI để nâng cao hình ảnh trong y tế hình ảnh cộng hưởng từ và chụp cộng hưởng từ (MRA) thủ tục. Magnevist là ví dụ phổ biến nhất. Gadolini đóng gói với các ống nano, gọi là "gadonanotubes," là 40 lần hiệu quả hơn này phản gadolini truyền thống đại lý. Sau khi tiêm, dựa trên các đại lý phản-gadolini tích lũy trong các mô bất thường của não và cơ thể. tích tụ này cung cấp một sự tương phản lớn hơn giữa các mô bình thường và bất thường, cho phép các bác sĩ xác định vị trí tốt hơn và tăng trưởng tế bào khối u hiếm gặp.
Gadolini-153 giúp hiệu chỉnh cắt lớp phát xạ positron (PET) hệ thống được sử dụng trong y học hạt nhân cho hình ảnh chức năng. Hình ảnh này PET của bộ não con người cho thấy sự khác biệt giữa một bộ não bình thường và chán nản lâm sàng bệnh nhân. Màu xanh chỉ ra sự trao đổi chất glucose ít hơn trong một bộ não bình thường. Các, màu vàng, màu xanh lá cây và màu đỏ cho thấy các khu vực của đường đặc tính trao đổi chất cao hơn của một bệnh nhân trầm cảm.
Gadolini cũng được sử dụng trong hình ảnh khác ngoài MRIs. Trong X-ray hệ thống, gadolini được chứa trong lớp lân quang, lơ lửng trong một ma trận polyme tại tra giám sát. chất hóa học - pha tạp gadolini oxysulfide (Gd2O2 S: TB) tại lớp phosphor chuyển đổi các tia X được phát hành từ nguồn thành ánh sáng. Tài liệu này phát ra ánh sáng màu xanh lá cây ở 540 nm do sự hiện diện của Tb 3 + , rất hữu ích cho việc nâng cao chất lượng hình ảnh. Việc chuyển đổi năng lượng của Gd là lên đến 20%, có nghĩa là một phần năm của X-quang nổi bật lớp phosphor có thể được chuyển đổi thành các photon ánh sáng. Gadolini oxyorthosilicate (Gd2SiO5 , Tổng cục Thống kê, thường được pha tạp bởi 0,1-1% của Ce ) là một tinh thể duy nhất được sử dụng như là một scintillator trong hình ảnh y tế như chụp cắt lớp phát xạ positron phát hiện. neutron hoặc Gadolini-153 là sản xuất trong một lò phản ứng hạt nhân từ europi nguyên tố hoặc các mục tiêu gadolini làm giàu.Nó có một nửa cuộc sống của 240 ± 10 ngày và phát ra bức xạ gamma với những đỉnh mạnh tại 41 keV và 102 keV.Nó được sử dụng trong bảo đảm chất lượng các ứng dụng nhiều, chẳng hạn như các nguồn dòng và phantoms hiệu chuẩn, để đảm bảo rằng các hệ thống hình ảnh y học hạt nhân hoạt động đúng đắn và tạo ra hình ảnh hữu ích của phân bố đồng vị phóng xạ bên trong bệnh nhân này. Nó cũng được dùng như một nguồn tia gamma trong X-ray hoặc trong phép đo hấp thụ đồng hồ đo mật độ xương của bệnh loãng xương sàng lọc, cũng như trong các di động chụp ảnh X-quang Lixiscope hệ thống.
Gadolini được sử dụng để làm garnet yttri gadolini (Gd: Y3Al5O12 ), nó đã vi sóng các ứng dụng và được sử dụng trong chế tạo các thành phần quang học khác nhau và như là chất nền vật chất cho-quang-từ bộ phim.
các hợp chất gadolini cũng được sử dụng để làm màu xanh lá cây chất lân quang cho màu sắc truyền hình ống và đĩa compact .
Gali gadolini Garnet (GGG, Gd3 Ga5O12 ) đã được sử dụng cho kim cương giả và cho máy tính của bộ nhớ bong bóng .
Ứng dụng sinh học:
Gadolini không có vai trò sinh học tự nhiên nào đã biết, nhưng trong nghiên cứu về các hệ thống sinh học nó có một số vai trò. Nó được sử dụng như là tác nhân tương phản trong MRI, do trong trạng thái ôxi hóa +3 nó có 7 electron không bắt cặp. Điều này làm cho nước xung quanh tác nhân tương phản bị hồi phục nhanh, nâng cao chất lượng chụp MRI. Thứ hai, như là thành viên của nhóm Lantan, nó được sử dụng trong các thực nghiệm điện sinh lý học kênh ion khác nhau, trong đó nó được dùng để ngăn các kênh rò rỉ natri, cũng như để kéo dãn các kênh ion đã hoạt hóa.
Các tác nhân tương phản trên nền gadolini là nguy hiểm đối với các bệnh nhân bị bệnh thận. Tác nhân tương phản thông thường được chelat hóa do nó được dự kiến là di chuyển trong cơ thể rất nhanh. Trong các bệnh nhân với bệnh thận, sự bài tiết là chậm hơn và gadolini trở thành không liên kết, gây ra các vấn đề nghiêm trọng cho sức khỏe.

4. Hợp chất
Các hợp chất của gadolini bao gồm:
 Các florua: GdF3
 Các chlorua: GdCl3
 Các bromua: GdBr3
 Các iodua: GdI3
 Các ôxít: Gd2O3
 Các sulfua: Gd2S3
 Các nitrat: Gd(NO3)3
 Các nitrua: GdN
 Hợp chất hữu cơ: gadodiamid
Trong đại đa số các hợp chất của nó, Gd thông qua các trạng thái ôxi hóa +3. Tất cả bốn trihalides được biết đến. Tất cả đều màu trắng ngoại trừ các iốt, mà là màu vàng. Thường gặp nhất của các halogenua là gadolini (III) clorua (GdCl3 ). oxit Các tan trong axit để cung cấp cho các muối, như gadolini (III) nitrat .
Gadolini (III), giống như hầu hết các ion lanthanide, hình thức phức hợp cao cấp với số lượng phối hợp . Xu hướng này được minh họa bằng việc sử dụng của DotA chelating đại lý , một octa gyrus phối tử. Muối của [Gd(DotA)] - là hữu ích trong chụp cộng hưởng từ . Một loạt các khu phức hợp chelate liên quan đã được phát triển, bao gồm gadodiamide .
các hợp chất gadolini Giảm được biết đến, đặc biệt là ở trạng thái rắn. Gadolini (II) halogenua thu được bằng cách nung nóng Gd (III) halogenua trong sự hiện diện của Gd kim loại trong các thùng chứa tantali. Gadolini cũng hình thành sesquichloride Gd 2Cl3 , có thể được tiếp tục giảm xuống GdCl bởi ủ ở 800° C. Điều này gadolini (I) clorua hình thức tiểu cầu với cấu trúc giống như graphit lớp.
Hợp chất GdCl3




Gadolini (III) clorua , còn được gọi là triclorua gadolini , là GdCl 3 . Đó là một không màu, hút ẩm, chất rắn hòa tan trong nước. Các hexahydrate GdCl 3 ∙ 6H2O thường gặp phải và đôi khi còn được gọi là triclorua gadolini. Gd 3 + loài được quan tâm đặc biệt bởi vì ion có số lượng tối đa có thể xoay tròn lẻ, ít nhất là cho các yếu tố được biết đến. Với bảy điện tử hóa trị và bảy sẵn e-quỹ đạo, tất cả bảy electron không bắt cặp và sắp xếp đối xứng xung quanh kim loại. Từ tính đối xứng cao cao và kết hợp để làm Gd 3 + là một thành phần hữu ích trong quang phổ NMR và MRI.
Ứng dụng
Gadolini muối là mối quan tâm chính cho các đại lý thư giãn trong hình ảnh cộng hưởng từ ( MRI ). Kỹ thuật này khai thác một thực tế là Gd 3 + có cấu hình điện tử của f 7 .Bảy là số lẻ lớn nhất của điện tử spin có thể cho một nguyên tử, do đó, Gd 3 + là một thành phần quan trọng trong thiết kế của khu phức hợp cao thuận từ.
Để tạo ra các tác nhân thư giãn, Gd 3 + nguồn như GdCl 3 . 6H2O được chuyển đổi thành các phức hợp . GdCl 3 . 6H 2 O có thể không được sử dụng như một MRI tương phản chất do độ hòa tan thấp trong nước ở cơ thể của gần pH trung tính. "Miễn phí" gadolini (III), ví dụ như GdCl2 (H2O) 6 ] + , là độc hại , chelating đại lý như vậy là rất cần thiết cho các ứng dụng y sinh. Wikipedia monodentate hoặc thậm chí bidentate phối tử sẽ không đủ vì họ không còn ràng buộc với Gd 3 + trong dung dịch. Phối tử với số phối hợp cao hơn do đó được yêu cầu. Các ứng cử viên rõ ràng là EDTA 4- , ethylenediaminetetraacetate, mà là một việc làm thường hexadentate phối tử được sử dụng để phức tạp với các kim loại chuyển tiếp. Trong nguyên tố nhóm lantan, tuy nhiên, số phối hợp triển lãm lớn hơn sáu, do đó, lớn hơn aminocarboxylates vẫn được tuyển dụng.
Một đại diện chelating đại lý là H 5 DTPA, diethylenetriaminepentaacetic acid. Chelation để các cơ sở liên hợp của điều này làm tăng ligand các độ hòa tan của Gd 3 + ở pH trung tính của cơ thể và vẫn cho phép cho thuận từ hiệu ứng cần thiết cho một MRI chất tương phản. Các DTPA 5- liên kết phối tử để Gd qua năm nguyên tử oxy của carboxylates và ba nguyên tử nitơ của amin. Một trang web liên kết 9 vẫn còn, mà là chiếm đóng bởi một nước phân tử. Việc trao đổi nhanh chóng của nước này phối tử với nước lớn là một lý do chính cho các tín hiệu tăng cường các tính chất của chelate. Cấu trúc của Gd (DTPA) (H2O)]2- là một lăng kính méo trigonal tricapped.